大型舰艇电力系统的复合继电保护方案

陈文涛

驻大连426厂军事代表室

大型舰艇电力系统的复合继电保护方案

陈文涛

驻大连426厂军事代表室

本文分析了舰艇电力系统运行特性对传统的时间电源原则继电保护的不利影响及该保护方法的局限性，提出了设置限流装置对短路电流进行限制与传统的时间电流继电保护相结合的保护方案，并从理论上分析了其可行性。

概述

随着船舰吨位的增加，其电力系统越来越具有装机容量大、集成发电、大量电力电子设备、电网拓扑结构复杂等特点。其中容量的增大将导致电网最大短路电流的幅值也急骤增大，对断路器的极限分断能力以及电气设备承受短路电流的能力也提出了更高的要求。我国建造的舰船，在电站参数的选择上，往往采用低电压等级供电。在这种情况下，如果还要保证在网功率，那么主分断器的分断功能就有可能接近技术极限，所以短路电流限制技术是舰船电力系统关键技术之一。

开展短路限流技术研究，限制短路电流在合理的范围内，可以使得现有的断路器实现开断短路电流的功能，保证系统继电保护功能的实现，从而保证系统的安全运行。同时，短路电流将增强舰船电力系统的热稳定性和电动力稳定性，改善系统的功角稳定、电压稳定和频率稳定性。因此，短路限流技术研究对于大容量舰船电力系统意义重大。

基于时间电流原则的继电保护的局限性

传统的继电保护采用时间电流原则来实现保护的选择性，而舰船电力系统要实现发电、配电与用电及其他设备用电统一调度和集中控制，这些特点使得基于时间电流原则的设计综合电力系统的继电保护存在局限性。

如图1所示为电力系统部分输电网和一条连在母线上的支路，其中为线路阻抗，为变压器短路阻抗，两台发电机组G1和G2并联运行，曲线L代表母联开关短路电流峰值随故障点变化情况。

从图1中可以看出，若G2的容量大于G1的容量，则在母联开关的左侧的短路电流峰值大于右侧的短路电流峰值。

而与母线相连一条支路上发生短路故障时流过母联开关的短路电流峰值变化情况如曲线L后半段所示。如果变压器副边发生短路，则流过母联开关的短路电流峰值满足：

图1　电力系统运行特点对输电网继电保护的影响

图2　电力系统运行特点对配电网继电保护的影响

图3　整流式故障电路拓扑结构

较大运行方式下，在变压器副边发生短路，短路电流为：

结合短路限流的复合保护方案

传统的基于时间电流原则的继电保护存在局限性的根源在于电力系统运行方式差异的巨大导致短路电流的幅值也在一个很大的范围内变化。而故障电流限流器具有限制短路电流的作用，所以在传统的基于时间电流原则的继电保护的基础上结合短路限流技术实现对电力系统的继电保护的复合方案。

整流式故障电流限制器结构如图3所示，其特点是：集检测和触发为一体，响应时间短，具有快速响应的特性，工程上可以认为短路发生的同时，限流器即开始限制短路电流。复合保护方案在输电网发电机的输电网发电机的出口端设置限流器，再根据时间电流原则高定合适设定合适的开关整定值来这现对系统的继电保护。

结语

限流技术的发展与其他研究领域的发展紧密相关。随着材料、加工工艺、计算机技术等领域的发展，出现了超导限流器、固态限流器、绝缘挡板阻隔电弧限流器、液态金属限流器、PTC限流器等多种形式的限流装置。本文结合最新的短路电流限制技术，提出了在输电网发电机出口端设置限流器再根据时间电流原则设定整定值的复合继电保护方案，具有很大的应用价值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.049